專利名稱：用于制造復(fù)合體的方法和復(fù)合體制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用模具和自動纖維鋪放機(jī)形成復(fù)合體的方法，以及涉及包括模具和 纖維鋪放機(jī)的復(fù)合體制造裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)力技術(shù)的總體趨勢是增大風(fēng)輪機(jī)的尺寸。由于這一趨勢和所制造的輪機(jī)數(shù)量增 加，希望使制造過程更高效且更快速。特別是通常用復(fù)合材料諸如玻璃強(qiáng)化塑料等制造的、 長度有時在50米以上的風(fēng)輪機(jī)葉片可以受益于更高效的制造方法。在復(fù)合材料領(lǐng)域中，自動纖維鋪放機(jī)被認(rèn)為會使得制造更高效。它們涉及使纖維 鋪放頭移動通過模具并且將纖維束置放在模具上，參見例如US6692681B1、US2007044896A1 或W02005105641A2。雖然這種機(jī)器與手動纖維鋪放方法相比提高了制造效率，但是在其中 模具中制造的產(chǎn)品使用一種以上的纖維材料的情況下還有改進(jìn)的余地。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的在于使復(fù)合風(fēng)輪機(jī)部件，特別是風(fēng)輪機(jī)葉片的制造更高效。發(fā)明的另一個目的在于提高關(guān)于復(fù)合風(fēng)輪機(jī)部件，特別是風(fēng)輪機(jī)葉片的材料的選 擇和鋪放的靈活性。發(fā)明的又一個目的在于在制造復(fù)合風(fēng)輪機(jī)部件，特別是風(fēng)輪機(jī)葉片中使材料的使 用最優(yōu)化。這些目的通過一種利用模具和包括纖維鋪放頭的自動纖維鋪放機(jī)形成復(fù)合體的 方法來實(shí)現(xiàn)，所述方法包括使所述纖維鋪放頭移動通過所述模具并且將多個纖維束置放在 該模具上，每個所述纖維束均包括在所述纖維鋪放頭的運(yùn)動方向上延伸的纖維，所述纖維 束在如下這樣的方向上并排地置放，所述方向與所述纖維鋪放頭的運(yùn)動垂直并且與所述模 具的置放有所述纖維束的表面的法線的方向垂直，從而由在所述模具上并排地鋪放的多個 纖維束形成層片，所述方法的特征在于，所述層片中的所述纖維束包括第一纖維束和第二 纖維束，所述第一纖維束和所述第二纖維束分別包括互不相同的第一纖維材料和第二纖維 材料。因而，所述纖維束中的至少一個纖維束包括材料與所述層片中其余纖維束中的纖 維的材料不同的纖維。通過在層片中為并排布置的纖維束提供具有其他纖維材料的纖維 束，本發(fā)明提供了一種為纖維層片提供一種以上的纖維材料的高效方式，就每層片中單獨(dú) 的纖維類型的鋪放之間的關(guān)系而言具有大的靈活度。特別是，在為了強(qiáng)度和剛度要求而在 復(fù)合體中需要一定量的諸如碳纖維或石墨纖維等的高性能纖維的條件下，所述方法提供了 以受控方式在每層片中使所需量的高性能纖維與具有較低性能的纖維諸如玻璃混合。這種 材料使用中的最優(yōu)化允許避免必須使用比由最終產(chǎn)品的強(qiáng)度和剛度要求所需要的更多的 相對昂貴的高性能纖維。所述纖維鋪放頭可以以纖維鋪放機(jī)技術(shù)中已知的任何適當(dāng)?shù)姆绞教峁＠?，所述纖維鋪放頭可以包括纖維束圍繞其被拉伸的一個或多個輥?zhàn)?。如也已知的，每個所述纖 維束均可以由安裝在所述機(jī)器中的各自的纖維束卷軸進(jìn)給。優(yōu)選地，每個所述纖維束均包 括在所述纖維鋪放頭的運(yùn)動方向上延伸的纖維。應(yīng)當(dāng)理解，每個所述纖維束均具有條狀或 帶狀形狀，使得它具有基本上大于其厚度的寬度。所述纖維束被平坦鋪放在所述模具上，使 得它們的寬度與所述模具表面的所述法線的方向相垂直。所述纖維束在橫交于所述纖維鋪 放頭的運(yùn)動并且橫交于該纖維束的厚度的方向上并排地放置，這意味著它們沿所述纖維鋪 放頭的寬度分布。優(yōu)選地，在沿如下這樣的方向的至少一個位置處，一個或多個所述第一纖維束被 插設(shè)在兩個所述第二纖維束之間，所述方向與所述纖維鋪放頭的運(yùn)動垂直并且與所述模具 的置放有所述纖維束的表面的所述法線的方向垂直。所述方法在如下情況下提供了獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，該情況即所述復(fù)合體是風(fēng)輪機(jī)葉片的 殼、半殼、翼梁蓋板(spar cap)或翼梁腹板(spar web) 0這些葉片的大尺寸引起材料靈活 性和經(jīng)濟(jì)的問題，通過以上述方式使用本發(fā)明解決了這些問題。連同所述纖維一起，所述層片中的所述纖維束中的至少一個，優(yōu)選所有的所述纖 維束可以包括基體。所述層片中的所述纖維束中的至少一個，優(yōu)選所有的所述纖維束中的 所述纖維可以被預(yù)浸漬。這在現(xiàn)有技術(shù)中被稱為預(yù)浸料坯，即其中所述纖維束包括使在最 終的復(fù)合結(jié)構(gòu)中的所述纖維穩(wěn)定的所述基體或樹脂。優(yōu)選地，對于所述層片中的所有纖維束，所述基體是相同物質(zhì)。另選地，具有某一 材料的纖維的纖維束中的基體可以為與具有另一材料的纖維的纖維束中的基體不同的物 質(zhì)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述層片中的所述多個纖維束被同時置放。作為替代方 案，通過以下所述可以形成所述層片使所述纖維鋪放頭移動通過所述模具并且將所述多 個纖維束的第一子組置放在該模具上，所述第一子組包括至少一個第一纖維束，并且其后 使所述纖維鋪放頭移動通過所述模具并且將所述多個纖維束的第二子組置放在該模具上， 所述第二子組包括至少一個第二纖維束。優(yōu)選地，所述第一子組僅包括所述第一纖維束，并 且所述第二子組僅包括所述第二纖維束。應(yīng)當(dāng)注意，所述第二子組的所述纖維束可以被插 設(shè)在所述第一子組的所述纖維束之間，和/或反之亦然。另選地，所有的所述第二子組的所 述至少一個纖維束可以被放置在所有的所述第一子組的所述至少一個纖維束的一側(cè)。所述目的也可以通過第九至第十一方面中任一方面的復(fù)合體制造裝置來實(shí)現(xiàn)。


在下文，將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中圖1示出了復(fù)合體制造裝置的示意性立體圖，圖2-圖4示出了圖1中的裝置的部件的示意性立體圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出了復(fù)合體制造裝置，該復(fù)合體制造裝置包括風(fēng)輪機(jī)葉片殼模具 1和自動纖維鋪放機(jī)2。風(fēng)輪機(jī)葉片殼模具1用來制造用于葉片的半殼，該半殼在固化之后 與配對半殼結(jié)合以形成葉片的外表面。應(yīng)當(dāng)注意，模具可以是用于諸如風(fēng)輪機(jī)葉片翼梁蓋板(spar cap)、或葉片翼梁腹板等的任何部件的模具。自動纖維鋪放機(jī)2包括纖維鋪放頭 21，通過引導(dǎo)裝置201和現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他特征，纖維鋪放頭21可以沿著模具1的表 面在任何方向上移動，從而如下文詳細(xì)所述將層片沈鋪放在模具上。在圖2中，自動纖維鋪放機(jī)2由圈起在此下文描述的某些機(jī)器部件的虛線形成的 矩形2表示。纖維鋪放頭21包括輥?zhàn)?1。自動纖維鋪放機(jī)2設(shè)置有多個卷軸22、23，每個 卷軸均具有相應(yīng)的預(yù)浸漬纖維形成的纖維束對、25。更具體地講，每個纖維束24、25均包括 在纖維束的縱向上延伸的纖維，并且被用基體預(yù)浸漬。在本實(shí)施例中，在所有的纖維束中使 用相同基體。自動纖維鋪放機(jī)2適于在由圖2中的箭頭A2所指示方向上移動。纖維鋪放頭21 適于在移動時被壓至模具1，并且適于引導(dǎo)其下方的從卷軸22、23供給的纖維束對、25，以 使得纖維束朝向模具被擠壓并且被并排地放在模具上，沿纖維鋪放頭21的運(yùn)動方向A2延 伸。纖維束M、25在這樣的方向上并排地置放，所述方向(用雙箭頭A3指示)與纖維鋪放 頭21的運(yùn)動A2垂直并且與模具的置放有纖維束M、25的表面的法線N的方向垂直，從而 形成具有在模具1上并排地鋪放的多個纖維束對、25的層片26。如所理解的，雖然纖維束 M、25以上述方式被置放在模具1上，但纖維束M、25也可以被直接放在模具表面上或放在 已被置放在模具1上的層片之上。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，可以在纖維鋪放頭21處設(shè)置加熱 器(未示出)以加熱纖維束對、25的基體，從而使纖維束在被置放后粘住。纖維束包括第一纖維束M和第二纖維束25，該第一纖維束M和第二纖維束25分 別包括第一纖維材料和第二纖維材料。作為實(shí)施例，第一纖維材料可以是玻璃，第二纖維材 料可以是碳，但是可以有纖維材料的不同組合，諸如玻璃和芳香族聚酰胺(例如凱夫拉爾 (kevlar) )的組合，或碳和芳香族聚酰胺的組合。第一纖維束和第二纖維束在與纖維鋪放 頭21的運(yùn)動A2相垂直的方向A3上交織，使得沿著層片沈的寬度(方向A3)，第二纖維束 25被插設(shè)在第一纖維束M之間。例如，在沿著層片沈的寬度的至少一個位置處，一個或更 多個第二纖維束25可以被插設(shè)在兩個第一纖維束M之間，和/或一個或更多個第一纖維 束M可以被插設(shè)在兩個第二纖維束25之間。另選地，所有的第一纖維束可以被放置在所 有的第二纖維束的一側(cè)。在圖2中，示出了 6個纖維束，但是另選地，當(dāng)實(shí)施本發(fā)明時，可以包括更多或更少 的纖維束。例如，纖維束的數(shù)量可以是16、24或32。參考圖3和圖4。在另選實(shí)施方式中，在形成層片沈的第一步驟中，纖維鋪放頭 21移動通過模具并且纖維束M的第一子組被置放，見圖3。該第一子組包括具有例如碳纖 維的第一纖維束24。在第二步驟中，纖維鋪放頭21沿與第一步驟中相同的路徑移動通過模 具，并且纖維束的第二子組被置放，見圖4。該第二子組包括具有例如玻璃纖維的第二纖維 束25。在本實(shí)施例中，所有的第二纖維束25被放置在所有的第一纖維束M的一側(cè)。另選 地，第二子組的纖維束25可以插設(shè)在第一子組的纖維束M之間，和/或反之亦然。
權(quán)利要求
1.一種利用模具(1)和包括纖維鋪放頭的自動纖維鋪放機(jī)( 來形成復(fù)合體的 方法，該方法包括使所述纖維鋪放頭移動通過所述模具(1)并且將多個纖維束04， 25)置放在該模具上，所述纖維束(M，2 在如下這樣的方向(?。?)上并排地置放，所述方向 與所述纖維鋪放頭的運(yùn)動m垂直并且與所述模具(1)的置放有所述纖維束04， 25)的表面的法線(N)的方向垂直，從而由在所述模具(1)上并排地放置的多個纖維束 (24,25)形成層片( )，所述方法的特征在于，所述層片06)中的所述纖維束(24，25)包 括第一纖維束04)和第二纖維束(25)，所述第一纖維束和所述第二纖維束分別包括互不 相同的第一纖維材料和第二纖維材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的方法，其中，在沿與所述纖維鋪放頭ου的運(yùn)動m垂直 并且與所述模具(1)的置放有所述纖維束( ，2 的表面的法線(N)的方向垂直的所述方 向(??； )的至少一個位置處，一個或更多個所述第一纖維束04)被插設(shè)在兩個所述第二纖 維束05)之間。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述復(fù)合體是風(fēng)輪機(jī)葉片的殼、半 殼、翼梁蓋板或翼梁腹板。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述層片06)中的所述纖維束 (24,25)中的至少一個包括基體。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述層片06)中的所述纖維束 (24,25)中的至少一個中的纖維被預(yù)浸漬。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，對于所述層片06)中的所有的所述纖維束 (24, 25)，所述基體是相同物質(zhì)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多個纖維束( ，2 被同時 置放。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的方法，該方法包括通過如下所述來形成所述層 片06)使所述纖維鋪放頭移動通過所述模具(1)并且將所述多個纖維束的第一子 組置放在該模具上，所述第一子組包括至少一個所述第一纖維束04)；并且其后使所述纖 維鋪放頭移動通過所述模具(1)并且將所述多個纖維束的第二子組置放在該模具上， 所述第二子組包括至少一個所述第二纖維束05)。
9.一種用于形成復(fù)合體的復(fù)合體制造裝置，該復(fù)合體制造裝置包括模具(1)和纖維鋪 放機(jī)0)，所述纖維鋪放機(jī)包括纖維鋪放頭(21)，所述纖維鋪放機(jī)( 適于使所述纖維鋪放 頭移動通過所述模具(1)并且適于將多個纖維束( ，2 置放在該模具(1)上，使得 所述纖維束( ，2 在如下這樣的方向(??； )上并排地置放，所述方向與所述纖維鋪放頭 (21)的運(yùn)動m垂直并且與所述模具(1)的置放有所述纖維束( ，2 的表面的法線(N) 的方向垂直，從而由在所述模具(1)上并排地放置的多個纖維束( ，2 形成層片(26)，所 述裝置的特征在于，所述纖維鋪放機(jī)( 適于在所述層片06)中提供第一纖維束04)和 第二纖維束(25)，所述第一纖維束04)和所述第二纖維束0 分別包括互不相同的第一 纖維材料和第二纖維材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合體制造裝置，其中，所述纖維鋪放機(jī)( 適于同時置放 所述多個纖維束04，25)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合體制造裝置，其中，所述纖維鋪放機(jī)( 適于通過以下所述來形成所述層片06)使所述纖維鋪放頭移動通過所述模具(1)并且置放所述 多個纖維束的第一子組，所述第一子組包括至少一個所述第一纖維束(24)；并且其后使所 述纖維鋪放頭移動通過所述模具(1)并且置放所述多個纖維束的第二子組，所述第二 子組包括至少一個所述第二纖維束05)。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于制造復(fù)合體的方法和復(fù)合體制造裝置。本發(fā)明包括一種利用模具(1)和包括纖維鋪放頭(21)的自動纖維鋪放機(jī)(2)來形成復(fù)合體的方法，所述方法包括使所述纖維鋪放頭(21)移動通過所述模具(1)并且將多個纖維束(24，25)置放在該模具上，所述纖維束在如下這樣的方向(A3)上并排地置放，所述方向與纖維鋪放頭(21)的運(yùn)動(A2)垂直并且與所述模具(1)的置放有所述纖維束的表面的法線(N)的方向垂直，從而由在所述模具(1)上并排地放置的多個纖維束形成層片(26)，所述方法的特征在于，所述層片(26)中的纖維束(24，25)包括第一纖維束(24)和第二纖維束(25)，所述第一纖維束(24)和第二纖維束(25)分別包括互不相同的第一纖維材料和第二纖維材料。
文檔編號B29C70/54GK102039684SQ20101051604
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者加里·霍洛韋 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司